殘余應(yīng)力產(chǎn)生、分類、測量及去除
一 殘余應(yīng)力的產(chǎn)生原因
一個構(gòu)件在生產(chǎn)、加工及處理過程中,受到了不均勻應(yīng)力場、應(yīng)變場、溫度場、材料組織的不均勻性等內(nèi)在和外在的影響,在構(gòu)件完成后仍然保留下來的應(yīng)力。構(gòu)件在沒有外部因素作用下,構(gòu)件內(nèi)部保持平衡而存在的應(yīng)力。
當(dāng)一個構(gòu)件承受載荷超過了彈性極限范圍,卸去載荷后構(gòu)件內(nèi)殘存的應(yīng)力。
二 殘余應(yīng)力產(chǎn)生原因的分類
⑴熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力
熱應(yīng)力和相變應(yīng)力 溫度→約束/溫度→組織→體積。
⑵表面處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力
表面氮化產(chǎn)生的殘余應(yīng)力溫度→介質(zhì)(離子)→表層→化學(xué)→耐磨、疲勞、腐蝕。
高頻淬火產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 磁場(激光、電子束、火焰)→表層趨膚。
滲碳淬火產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 壓縮應(yīng)力→疲勞→高硬→耐磨。
火焰淬火產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 高溫→深表層→淬火應(yīng)力。
激光淬火產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 激光束→表層→相變→壓縮淬火應(yīng)力。
堆焊滾壓產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 殘硬化層→裂紋擴展→抗蝕。
表面噴涂產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 表面強化→修復(fù)→長效防蝕。
離子鍍產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 真空介質(zhì)→氣體放電→電子束→強化層→壽命→裝飾。
⑶切削和磨削產(chǎn)生的殘余應(yīng)力
刀具切削產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 塑性變形→機械應(yīng)力→熱應(yīng)力。
銑削產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 溫度→介質(zhì)(離子)→表層→化學(xué)→耐磨、疲勞、腐蝕。
線切割產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 溫度→介質(zhì)(離子)→表層→化學(xué)→耐磨、疲勞、腐蝕。
不同熱處理工藝的磨削產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 溫度→介質(zhì)(離子)→表層→化學(xué)→耐磨、疲勞、腐蝕。
⑷冷加工產(chǎn)生的殘余應(yīng)力
擠壓產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 溫度→介質(zhì)(離子)→表層→化學(xué)→耐磨、疲勞、腐蝕。
拉拔產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 溫度→介質(zhì)(離子)→表層→化學(xué)→耐磨、疲勞、腐蝕。
冷扎產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 再結(jié)晶溫度以下→表層均勻→變形、穩(wěn)定、疲勞。
⑸鑄、鍛造產(chǎn)生的殘余應(yīng)力
構(gòu)件截面內(nèi)保持平衡存在的殘余應(yīng)力 冷卻速度→溫度梯度。
構(gòu)件間保持平衡存在的殘余應(yīng)力 構(gòu)件尺寸→冷卻速度。
鑄造型砂對構(gòu)件阻力產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 砂?!湛s。
鍛造工藝形成的殘余應(yīng)力 溫度→內(nèi)外→拉壓。
⑹電鍍產(chǎn)生的殘余應(yīng)力
不同材料鍍層的殘余應(yīng)力 電應(yīng)力→拉伸應(yīng)力→剝層→開裂。
不同工藝對鍍層形成的殘余應(yīng)力 電解液→電解條件→鍍層材料。
⑺焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力
焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的殘余應(yīng)力 直接應(yīng)力→間接應(yīng)力→表層→組織應(yīng)力→T型、箱型。
各種焊接工藝產(chǎn)生的殘余應(yīng)力等 氣焊→電焊→點焊→等離子堆焊→----。
三 殘余應(yīng)力的分類
根據(jù)殘余應(yīng)力相互影響和范圍的不同可分為三種 :
⑴ 宏觀應(yīng)力:由構(gòu)件的不同部分的宏觀變形不均勻性 引起的,或不均勻外部載荷引起的應(yīng)力,即體積應(yīng)力
(較大的材料區(qū)域),宏觀尺寸范圍內(nèi)的平衡。
⑵ 微觀應(yīng)力:它是由晶粒或亞晶粒之間的變形不均勻性產(chǎn)生的,即組織內(nèi)部應(yīng)力或結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力(材料較小的范圍內(nèi)),在晶粒尺寸內(nèi)的平衡。
⑶ 晶格畸變應(yīng)力:它是由構(gòu)件在塑性變形中形成的大量點陣缺陷引起的,或各晶粒內(nèi)部存在的不均勻的殘余應(yīng)力、位錯引起的不均勻變形的應(yīng)力(極小的材料 區(qū)域內(nèi)),單個晶胞內(nèi)的平衡。
四 殘余應(yīng)力的測量方法
殘余應(yīng)力的測試方法基本上分為機械方法和物理方法
一 機械法-有損法
⑴ 剖分法 切割→對比
⑵ 剝層法 內(nèi)外→逐層→電測
⑶ 盲孔法 半破壞→應(yīng)變花→電測
⑷ 環(huán)芯法 銑槽→電測
二 物理法-無損法
⑴ X射線衍射法晶體材料→X射線→衍射峰→峰位角
構(gòu)件特點→材料性質(zhì)→測試方案→表面處理→測試點選擇→
→標(biāo)定→測試參數(shù)設(shè)置→高壓和計數(shù)單元的設(shè)置→測試分析
⑵ 磁性應(yīng)力法 磁性材料→磁應(yīng)變→層深測試
⑶ 超聲彈性法 超聲傳播→聲速時間測量→平均應(yīng)力
⑷ 中子衍射法 衍射峰→穿透深度
⑸ 壓痕應(yīng)變法 應(yīng)變片→打擊頭
五 殘余應(yīng)力的去除和調(diào)整
一 熱時效法
⑴回火 加工變形→焊接→淬火→溫度→時間→速度
⑵電阻法 直接加熱→局部
二 機械法
⑴靜載法 自然時效
⑵振動時效法 共振和諧波→激振→控制和檢測
⑶滾壓法 壓應(yīng)力→疲勞強度→光潔度→開裂、壽命
⑷噴丸法 壓應(yīng)力→抗疲勞→提高硬度→耐腐蝕